(57)【要約】【課題】  ガスクーラに温水ヒータや電気ヒータ等の補助暖房器を併用した場合に、ガスクーラの熱効率を阻害することなく補助暖房器による暖房機能を効率良く発揮できるようにした車両用空調装置を提供する。【解決手段】  温度の立上り速度の遅い遅暖型の補助熱交換器７を、空調ダクト内の空気流に対してガスクーラ８の上流側に配置することにより、上流側に配置した補助熱交換器７によってガスクーラ８の冷媒温度が高い冷媒入口８ｅ側を再加熱できるため、空調風温度を効果的に高めることができるとともに、ガスクーラ８の出口８ｆ側に加熱されていない空気を供給してヒートポンプの成績係数を向上する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサー（１５）で圧縮した超臨界冷媒を導入するガスクーラ（８）と、温度の立上り速度の遅い遅暖型の補助熱交換器（７）と、を空調ダクト（２）内に並設した車両用空調装置（１）において、
補助熱交換器（７）を、空調ダクト（２）内の空気流に対してガスクーラ（８）の上流側に配置したことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記補助熱交換器（７）はガスクーラ（８）の冷媒入口（８ｅ）側の所定領域に限定して配置したことを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項３】
ガスクーラ（８）は、補助熱交換器（７，３０）を配置した領域のガスクーラ（８）を含めた通気抵抗と、補助熱交換器（７，３０）を配置しない領域の通気抵抗とを略等しくする抵抗調整手段（２０）を講じたことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
抵抗調整手段（２０）は、補助熱交換器（７，３０）を配置した領域と、補助熱交換器（７，３０）を配置しない領域とで、ガスクーラ（８）のフィン枚数や形状を異ならせることを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
抵抗調整手段（２０）は、補助熱交換器（７，３０）から発熱部を伴わない略同様の構造をもって延設し、ガスクーラ（８）の補助熱交換器（７，３０）を配置しない領域を覆うダミー部分（２１）であることを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
補助熱交換器は、排熱で加熱される冷却水を導入する温水ヒータ（７）であることを特徴とする請求項１または３〜５のいずれかに記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超臨界冷媒を用いたヒートポンプ暖房と車両の排熱を利用する補助暖房とを併用するようにした車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用空調装置は、エンジン駆動方式の車両ではエンジン冷却水を導入する温水ヒータを用いた暖房が一般的であるが、このエンジン駆動方式の車両では、エンジンが暖機するまでの間やエンジン効率が高くなった場合に、排熱量が減少して暖房能力が不足するため、エンジン冷却水以外の熱源を用いた他の暖房器を併用するようになったものがある。
【０００３】
このエンジン冷却水以外の熱源を用いた暖房器としては、コンプレッサーで圧縮した冷媒を循環するヒートポンプサイクルのガスクーラ（放熱用車室内熱交換器）があり、このガスクーラと前記温水ヒータ（ヒータコア）とを併用するようになったものがある（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平９−１７５１４０号公報（第５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ガスクーラと温水ヒータとを併用した従来の車両用空調装置では、温水ヒータはエンジンの暖機を待つ必要があるため温度の立上り速度が遅く、この温水ヒータ（遅暖型の補助熱交換器）をガスクーラの下流側に配置した場合は、ガスクーラよりも温度が低い時にガスクーラで温めた空気を温水ヒータで冷却してしまうため、暖房効率が著しく低下してしまう。
【０００５】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて、ガスクーラに温水ヒータ等の補助暖房器を併用した場合に、ガスクーラの熱効率を阻害することなく補助暖房器による暖房機能を効率良く発揮できるようにした車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため請求項１の発明にあっては、コンプレッサーで圧縮した超臨界冷媒を導入するガスクーラと、温度の立上り速度の遅い遅暖型の補助熱交換器と、を空調ダクト内に並設した車両用空調装置において、補助熱交換器を、空調ダクト内の空気流に対してガスクーラの上流側に配置したことを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明にあっては、請求項１記載の車両用空調装置であって、補助熱交換器はガスクーラの冷媒入口側の所定領域に限定して配置したことを特徴としている。
【０００８】
請求項３の発明にあっては、請求項１又は請求項２の車両用空調装置であって、ガスクーラは、補助熱交換器を配置した領域のガスクーラを含めた通気抵抗と、補助熱交換器を配置しない領域の通気抵抗とを略等しくする抵抗調整手段を講じたことを特徴としている。
【０００９】
請求項４の発明にあっては、請求項３に記載の車両用空調装置であって、抵抗調整手段（２０）は、補助熱交換器（７，３０）を配置した領域と、補助熱交換器（７，３０）を配置しない領域とで、ガスクーラ（８）のフィン枚数や形状を異ならせることを特徴としている。
【００１０】
請求項５の発明にあっては、請求項３に記載の車両用空調装置であって、抵抗調整手段（２０）は、補助熱交換器（７，３０）から発熱部を伴わない略同様の構造をもって延設し、ガスクーラ（８）の補助熱交換器（７，３０）を配置しない領域を覆うダミー部分（２１）であることを特徴としている。
【００１１】
請求項６の発明にあっては、請求項１または請求項３〜５のいずれかに記載の車両用空調装置であって、補助熱交換器は、排熱で加熱される冷却水を導入する温水ヒータ（７）であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、補助熱交換器を、空調ダクト内の空気流に対してガスクーラの上流側に配置したことにより、車両の運転初期でも、ガスクーラで加熱された空気は、温度の低い補助熱交換器で冷却されないので、暖房効果が低下することがない。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、ガスクーラの上流側の全面に補助熱交換器で覆うと車両の冷却水の温度が上昇した後は、ガスクーラに流れる空気温度が加熱されるため、ガスクーラの放熱効率が低下して冷媒吐出温度が上昇するためヒートポンプの成績係数が悪化してしまうが、このガスクーラの冷媒入口側の所定領域に限定して配置したので、上流側に配置した補助熱交換器によってガスクーラの冷媒温度が高い冷媒入口側を再加熱して、空調風温度を効果的に高めることができるとともに、ガスクーラの出口側は加熱されていない空気が供給されて効率良く冷却できるため、ヒートポンプの成績係数を向上することができる。
【００１４】
請求項３〜６に記載の発明によれば、ガスクーラ上流側全面の通気抵抗が等しくなるので、ガスクーラのエア全面に均等に空気を流すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１〜図３は本発明にかかる車両用空調装置の第１実施形態を示し、図１は空調ユニットの概略構成図、図２はヒートポンプを用いた炭酸ガス冷凍サイクルの回路図、図３はガスクーラと補助熱交換器とを結合した（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。
【００１７】
本実施形態の車両用空調装置１は、エンジン駆動方式の車両に適用したもので、図１に示すように空調ダクト２内には、内・外気切換ドア３を設けた空気取入れ口４部分に設けた空調ファン５によってから空気流を発生させ、この空気流の下流側に向かって順に、蒸発器（エバポレータ）６、温水ヒータ（ヒータコア）７およびガスクーラ８を配置するとともに、これら温水ヒータ７およびガスクーラ８の配置部分にはこれらを迂回するバイパス通路９を設けてある。
【００１８】
そして、空気流が温水ヒータ７およびガスクーラ８を通過する経路と、バイパス通路９を通過する経路と、の割合をミックスドア１０の開度によって制御して調和空気を作り出すようになっている。
【００１９】
この調和空気はベンチレーション吹出口１１、デフロスタ吹出口１２、フット吹出口１３等から車室内に吹き出すようになっている。
【００２０】
前記蒸発器６および前記ガスクーラ８は図２に示す冷凍サイクル１４を構成し、ガスクーラ８にはコンプレッサー１５の圧縮冷媒が導入されるとともに、蒸発器６には膨張弁１６によって断熱膨張した冷媒が導入される。
【００２１】
即ち、前記冷凍サイクル１４は、冷媒として超臨界流体である炭酸ガスを用いてあり、この超臨界冷媒をコンプレッサー１５で断熱圧縮して、この圧縮により高温化した超臨界冷媒を前記ガスクーラ８に供給する。
【００２２】
そして、ガスクーラ８から内部熱交換器１７に超臨界冷媒を通過させた後に膨張弁１６によって断熱膨張させ、この断熱膨張により低温化したガス状の超臨界冷媒を前記蒸発器６に供給し、そして、この蒸発器６で空調ダクト２内の空気流と熱交換した超臨界冷媒を、再度前記内部熱交換器１７を経由させた後にコンプレッサー１５に吸引させて循環させるようになっている。
【００２３】
一方、前記温水ヒータ７は、図外のエンジンのエンジン冷却水を導入して、このエンジン冷却水を熱源として暖房するようになっており、この温水ヒータ７は温度の立上り速度の遅い遅暖型の補助熱交換器として構成される。
【００２４】
また、前記温水ヒータ７および前記ガスクーラ８は、一般の熱交換器と同様に構成され、温水ヒータ７は、対向するヘッダ７ａ，７ｂ間に適宜間隔をもって差し渡した複数のチューブ７ｃ間にフィン７ｄを介在させてあり、また、ガスクーラ８にあっても同様に、対向するヘッダ８ａ，８ｂ間に差し渡した複数のチューブ８ｃ間にフィン８ｄを介在させて構成してある。
【００２５】
また、温水ヒータ７は一方のヘッダ７ａを中央部で閉塞して、その一方（図中上方）に温水の入口７ｅを設けるとともに、他方（図中下方）に出口７ｆを設けてあり、また、ガスクーラ８は同様に一方のヘッダ８ａを中央部に仕切板８ｇで閉塞して、その一方（図中上方）に高温冷媒ガスの入口８ｅを設けるとともに、他方（図中下方）に出口８ｆを設けてある。
【００２６】
ここで、本実施形態では前記温水ヒータ７を、図３（ａ），（ｂ）に示すようにガスクーラ８の略半分の大きさに形成し、この温水ヒータ７を、空調ダクト２内の空気流に対してガスクーラ８の上流側で、かつ、このガスクーラ８の冷媒入口８ｅ側（図中上方）の略半分を覆って配置した状態で、温水ヒータ７とガスクーラ８とを一体に結合してある。
【００２７】
このとき、前記ガスクーラ８は、温水ヒータ７を配置した領域（図中上半部）８Ｕは、この温水ヒータ７で上流側が覆われることにより空気流が通過する際の抵抗、即ち、通気抵抗が温水ヒータ７を配置しない領域（図中下半部）８Ｌよりも大きくなる。
【００２８】
このため、この第１実施形態ではガスクーラ８の温水ヒータ７を配置した領域８Ｕのガスクーラ８を含めた通気抵抗と、温水ヒータ７を配置しない領域８Ｌの通気抵抗とを略等しくする抵抗調整手段２０を講じるようになっている。
【００２９】
この実施形態ではこの抵抗調整手段２０を、温水ヒータ７を配置した上方領域８Ｕと、温水ヒータ７を配置しない下方領域８Ｌとで、ガスクーラ８のフィン８ｄの枚数や形状を異ならせることにより通気抵抗を略等しくする構成となっている。
【００３０】
例えば、ガスクーラ８の下方領域８Ｌのフィン８ｄのピッチを狭くして通気抵抗を高めることにより、温水ヒータ７を配置した上方領域８Ｕの通気抵抗と釣り合わせることが出きる。
【００３１】
以上の構成により本実施形態の車両用空調装置にあっては、エンジン冷却水を熱源として用いて温度の立上りの遅い遅暖型である温水ヒータ７を、空調ダクト２内の空気流に対してガスクーラ８の上流側で、かつ、このガスクーラ８の冷媒入口８ｅ側の所定領域（この実施形態では上半部領域８Ｕ）に限定して配置したので、温水ヒータ７の温度が上昇した後は、ガスクーラ８の冷媒温度が高い冷媒入口８ｅ側を再加熱できるため、空調風の温度を効率良く高めることができる。
【００３２】
また、ガスクーラ８の出口８ｆ側には前記温水ヒータ７が配置されないため、その出口８ｆ側に加熱されていない空気を供給することができるため、その出口８ｆ側を空気流で効率良く冷却してヒートポンプの成績係数を向上することができる。
【００３３】
従って、ガスクーラ８に対して温水ヒータ７を併用した場合に、ガスクーラ８の熱効率を阻害することなく温水ヒータ７による暖房機能を効率良く発揮することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。
【００３５】
図４はガスクーラと補助熱交換器とを結合した（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。
【００３６】
この第２実施形態では、図４（ａ），（ｂ）に示すように抵抗調整手段２０を、温水ヒータ７から発熱部を伴わない略同様の構造、つまり、エンジン冷却水を通過させないチューブ７ｃやフィン７ｄを設けて延設して、ガスクーラ８の温水ヒータ７を配置しない領域８Ｌを覆うダミー部分２１として構成してある。
【００３７】
従って、この第２実施形態ではガスクーラ８の上流側全面は、温水ヒータ７とダミー部分２１とによって略均一に覆うことができるため、ガスクーラ８は温水ヒータ７を配置した上方領域８Ｕと、ダミー部分２１を配置した下方領域８Ｌと、の通気抵抗を釣り合わせることができる。
【００３８】
なお、本発明の車両用空調装置は上記第１、第２実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採ることができる。
【００３９】
例えば、前記第１、第２実施形態に示すガスクーラ８は、中央部を閉塞した一方のヘッダ８ａの一端部（図中上端部）に冷媒入口８ｅを設けるとともに、他端部（図中下端部）に冷媒出口８ｆを設けて、冷媒が他方のヘッダ８ｂでＵターンするようになった２パスタイプの熱交換器に適用したが、このように２パスタイプの冷媒経路に限定されるものでなく、例えば、図５に示すように、一方のヘッダ８ａの中央部に冷媒入口８ｅを設けるとともに、他方のヘッダ８ｂの中央部に冷媒出口８ｆを設け、一方のヘッダ８ａから他方のヘッダ８ｂへと流通させた１パスタイプのガスクーラであってもよい。
【００４０】
また、図６に示すように一方のヘッダ８ａの一端（上端）から略１／３部分を閉塞するとともに、他方のヘッダ８ｂの他端（下端）から略１／３部分を閉塞し、かつ、一方のヘッダ８ａの一端部（図中上端部）に冷媒入口８ｅを設けるとともに、他方のヘッダ８ｂの他端部（図中下端部）に冷媒出口８ｆを設け、冷媒を一方のヘッダ８ａから他方のヘッダ８ｂに流した後、この他方のヘッダ８ｂでＵターンさせて一方のヘッダに戻し、更に一方のヘッダ８ａでＵターンさせて他方のヘッダ８ｂに戻すという流通経路となる３パスタイプのガスクーラ８であってもよい。
【００４１】
また、上記実施形態において、補助熱交換器としての温水ヒータは、ガソリンを使用するエンジン付車や燃料電池車等における排熱で加熱される冷却水を導入するものに適応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す空調ユニットの概略構成図。
【図２】本発明の第１実施形態を示すヒートポンプを用いた炭酸ガス冷凍サイクルの回路図。
【図３】本発明の第１実施形態を示すガスクーラと補助熱交換器とを結合した（ａ）正面図および（ｂ）側面図。
【図４】本発明の第２実施形態を示すガスクーラと補助熱交換器とを結合した（ａ）正面図および（ｂ）側面図。
【図５】本発明の他の実施形態を示す１パスタイプのガスクーラと補助熱交換器とを結合した正面図。
【図６】本発明の他の実施形態を示す３パスタイプのガスクーラと補助熱交換器とを結合した正面図。
【符号の説明】
【００４３】
１，１ａ  車両用空調装置
２  空調ダクト
７  温水ヒータ（補助熱交換器）
８  ガスクーラ
８ｅ  冷媒入口
８ｆ  冷媒出口
１５  コンプレッサー
２０  抵抗調整手段
２１  ダミー部分
【図１】
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【図２】
2005035386.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005035386.tif 000006
【図５】
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【図６】
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